Saturday, November 6, 2021

音響器材在使用時所面臨的震動來源及影響

音響器材在使用時所面臨的震動來源,大致可分為外界環境傳來及各器材本身所產生。

外來的震動,經由固體介質像是馬路,建築物,音響架等傳來的,穿透能力強且傳播速率高。但因為頻率很低,一般人多半沒有感覺。其實以醫用聽診器,放在器材表面仔細聽一下,就可以聽到一些遠方傳來的不明低頻震動。藉此可以延伸想像,周遭還存在更多聽不到的,更低頻率震動。例如建築本身的晃動,頻率約在0.1Hz 5Hz的範圍。地面及樓層地板的共振,約是550Hz。各種建築裡的空調,電梯等機械器材發出的噪音,在10500Hz的範圍。而來自建築外的交通工具,約在15100Hz。至於環境裡的聲波像是各種噪音,經空氣傳來的,由於穿透能力有限,傳遞的距離不遠,所以到達室內之後多數已經衰減,造成的影響算比較小。

而音響器材本身產生的震動,最大的來源當然就是喇叭發聲。最快速的傳遞途徑也是透過各種固體介質,從地面,牆壁,音響架等傳播到器材。而當器材與發聲的喇叭處於同一空間時,又會經由空氣聲波傳播而到達器材。其它有馬達的器材,如黑膠唱盤,數位光碟播放機,使用時的轉動也是產生機械震動的主要來源。另外,各種器材電源部分的變壓器,也必然會有震動的產生。更細小的震動,則是在電流通過電子元件時,由於「逆壓電效應」(inverse piezoelectric effect)而產生極微小的震動。

因此,一個音響系統在播放時,並不是只有表面可見的喇叭震動。還有受到許多細微,人的感官無法察覺的微小震動的影響,不論是外來或內部產生,其實無所不在。

黑膠的播放,本身就是將溝槽裡的資訊,經針尖運動轉換成電能訊號。任何溝槽內不該有的,多餘的震動,都會被唱頭拾取,進入系統被放大。即使耳朵無法直接聽到,也會形成背景底噪,並造成放大線路及喇叭的額外負擔,一方面使失真率提高,一方面也浪費功率。

而除了黑膠播放系統之外,以其它各種器材裡的電子零件來來說,特別是電容器,都或多或少有壓電效應(piezoelectric)的性質。也就是說,在受到壓力或震動時會產生電能,與訊號混雜在一起,形成失真。再從更微觀的分子角度來看,任何物質接受到外來震動能量,表面上雖然只會短暫的隨之震動,然而能量卻不是馬上消逝,而在分子之間鏈結像彈簧似的,繼續來回震盪一段時間。

這些微小的震動,與通過的訊號強度如果越接近,就越容易產生交互作用,形成干擾的效應。換句話說,整個播放鏈裡,訊號強度越小的環節,對小震動越敏感。像是黑膠唱盤,昇壓器及放大黑膠訊號的唱放,就會特別容易受到微小震動的干擾。這也是在器材下放不同的墊材,聲音就會立即改變的原因。

在音響市場上,針對震動處理而推出的產品不勝枚舉。在瞭解到其本質之後就會發現,絕大多數都規避了問題的核心,嚴格來說都只能算是調聲器具(tuning devices)而已。像是剛性的角錐類產品,對低頻的作用極其微小,傳過這類墊材之後幾乎沒有任何衰減。而在稍有效果的較高頻率,也只有縱方向震動有些效果,對其它方向的震動可以說束手無策。

事實上,避震除震器材的效果,只要用儀器測試就很清楚,在某個震動頻域可以減低多少分貝或百分比。但是,各種音響用的器材架及墊材,卻從未曾見過廠家敢發表測試數據。之前我在這專欄曾介紹過美國Newport公司的氣浮平台,Minus K的高科技機械式避震平台,以及倉敷與Acuurion主動除震平台。這些器材原本設計是用在精密度極高的光學,半導體,及物理化學實驗等用途,它們的避震效果絕對不是隨便吹牛的,而是明明白白提供數據,顯示在何種狀況,處理哪些頻率的震動有多大效果。假如它們的避震效能不合規格,早就被淘汰,無法在高度競爭的精密工業界生存下去。此外,這些高科技器材雖然貴,但去計算它們的研發,製造及出廠前測試的成本,利潤比例卻比一般音響器材低很多。還有,它們不需要刊登廣告打知名度,也不必追求富麗堂皇的外觀,不像音響器材廠商還要加上這方面的可觀成本。